Fyzická struktura disku

Vìtšina PC má dvì diskové pamìti: pevný disk a disketovou mechaniku. Jejich hlavním úkolem je uchovávání dat, s nimiž procesor momentálnì nepracuje, ale která si v pøípadì potøeby mùže naèíst. Dùležité je, že data na HardDisku zùstanou i po odpojení z elektrického proudu.

Obì pamìti pracují na magnetickém principu a mají nìkolik èástí:

Médium, na nìmž jsou uložena data

Datové médium pevného disku je složeno z tuhých kotouèù (používá se i název plotna) umístìných v nìkolika patrech nad sebou. Data se zapisují do magnetické vrstvy nanesené na každý jednotlivý kotouè.

Magnetické hlavy

S magnetickém povrchem diskù pracují magnetické ètecí/zápisové hlavy. Ve skuteènosti se hlavy pøi ètení dat plotny vùbec nedotknou, ale vznášejí se nìkolik mikrometrù vysoko nad plotnami, a proto i drobné zrnko prachu by mohlo zpùsobit rýhu v disku a tím pádem znehodnocení dat. Vznášení hlav zajišuje aerodynamický vztlak vznikající nad roztoèeným diskem.

Mechaniku pohybujĂ­cĂ­ hlavami

Mechaniku pohybující hlavami zajišuje, aby se hlava dostala na pøíslušné místo na disku, kde jsou uložena data. Hlava pak jenom poèká na požadované otoèení a naète data. Z kraje smìrem doprostøed disku dokáže mechanika pohnout až 50x za sekundu.

Motorek toèící diskem

Zajišuje otáèení plotny rychlostí až 10 000x za minutu, prùmìrný disk 7200x za minutu a starší disky 5400x za minutu.

�adiè

�adiè najdeme pøišroubovaný na spodní stranì disku. Vysílá informace mechanice pohybující hlavami, kde jsou dané data. Podle toho se mechanika pohybuje.

Deska rozhranĂ­

Deska rozhraní zajišuje pøipojení disku k základní desce (ta není umístìna v pouzdøe disku, ale zpravidla ji najdeme integrovanou na základní desce.

Fyzická organizace dat

Povrch disku je pomìrnì rozsáhlý prostor. Pokud tedy operaèní systém požaduje od disku data, musí je na povrchu vyhledat øadiè. Ten potøebuje znát pøesnou geometrickou polohu zapsaných dat. Proto si povrch disku rozdìlí na stopy (soustøedné kružnice), do kterých si údaje zapisuje. Každá stopa je navíc pøíènì rozdìlena na sektory.

Hlavy a cylindry

Úkol magnetických hlav je zøejmý - zapisují a ètou data. Nad každým povrchem "létá" jedna hlava. Má-li pevný disk 5 kotouèù, mùže mít až 10 hlav (každý kotouè má dva povrchy), ale mùže jich mít i ménì, protože krajní kotouèe nemusí mít nutnì povrchy z obou stran.

Všechny hlavy jsou umístìny na spoleèném rameni. Pokud øadiè posune hlavu èíslo 3 patøící (tøetímu povrchu) nad stopou 134, posunou se i hlavy nad ostatními kotouèi nad stopu 134 "svého" povrchu. Stejným stopám na rùzných površích se øíká cylindr, obèas i válec.

Práce mechaniky hlav je založena na dvou principech:

Starším, ménì spolehlivým vystavovacím mechanismem je krokový motorek. Jedno pootoèení motorku znamená jeden pøíèný krok hlavy (posun o jednu stopu). Pokud chce øadiè posunout hlavami o 5 stop, pootoèí se motorek o úhel odpovídající pìti krokùm. Pøi poètu nìkolika set stop musí být mechanismus velice pøesný, aby vždy najely nad správnou stopu. Celý mechanismus mùže po nìkolika letech provozu trochu zmìnit svoje parametry a disk pøestane být spolehlivý. Dnes se ale tato mechanika nepoužívá.

Druhý, spolehlivìjší princip, který se vyskytuje témìø u všech dnes nabízených pevných diskù, se nazývá vystavovací cívka (VOICE COIL). Prùchod proudu cívkou zpùsobí vychýlení cívky úmìrné velikosti procházejícího proudu. Je zde využito zpìtné vazby - hlavièka ète svou polohu z disku a na základì této informace øídící elektronika pøidá nebo ubere proud potøebný k vychýlení. VOICE COIL má ještì jednu výhodu - Je totiž samoparkovací. Po náhlém výpadku napájení se totiž hlavy samovolnì (díky pružince) do parkovací zóny. Krokový motorek k tomuto úèelu potøebuje zvláštní elektronické obvody. Zdokonalováním prochází také hlava, která se rozdìlila na ètecí a záznamovou. Zatímco záznamová hlava pracuje stále na induktivním principu, byla pro ètecí hlavu vyvinuta nová technologie MR - Magneto Resistive (firma IBM). MR hlava ète data jako sled zmìn odporù vyvolávaných rozdílnou orientací magnetického pole. Nový zpùsob ètení dat je o poznání rychlejší, než pùvodní induktivní metoda. Jeho další výhodou, je nepatrná velikost ètecí hlavièky, která dovoluje velkou pøesnost vystavením. Tím se zabrání tomu, aby data uložená v sousední stopì rušivì ovlivòovala daný signál.

TeplotnĂ­ kalibrace (therminal calibration)

U velkokapacitních diskù s velkou hustotou stop je nutné umístit hlavy nad stopy s velkou pøesností. Bìhem práce se však disk ohøeje a vystavování hlavièek by vlivem teplotních výkyvù nebylo pøesné. Proto disk pravidelnì kontroluje polohu hlavièky nad stopou a provádí pøípadné korekce její polohy.

Pøístupová doba (access time)

Vyjadøuje rychlost, s níž disk vyhledává data. Je souètem dvou èasù: doby vystavení a doby èekání. Její hodnota se pohybuje okolo 10ms.

Doba vystavenĂ­ (seek time)

Je èasem nutným k pohybu hlav nad urèitou stopou. Hlavy vìtšinou "pøelétávají" pouze nìkolik stop (málokdy celý disk), a tak je doba vystavení definována jako jedna tøetina èasu potøebného pro pohyb pøes celý disk.

Nìkteré firmy oznaèují dobu vystavení také jako Track-to-Track Seek. U moderních diskù se pohybuje mezi 2 - 4 ms. Výrobci pevných diskù se pøirozenì snaží dobu vystavení minimalizovat. Proto zápis probíhají po cylindrech, nikoli po stopách. Jestliže se napøíklad daty zaplní 759. stopa prvního povrchu, bude zápis pokraèovat v 759. stopì povrchu dva - doba vystavení pak bude nulová.

Doba èekání (rotary latency period)

I pøesto, že hlava se dostane nad správnou stopu, nemùže ještì zaèít se ètením. Musí totiž poèkat, až se pod ni dotoèí ten sektor, v nìmž má zaèít èíst data. Doba èekání záleží na náhodì, ale jako technická hodnota se uvažuje jedna polovina otáèky disku.

Rovnìž dobu èekání chtìjí výrobci snižovat. Cesta je k tomu jednoduchá - zvýšit otáèky disku. Dlouho používané otáèky 3600 ot/min jsou minulostí. Otáèky mají pøímou spojitost s produkcí nežádoucího tepla. �ím více otáèek, tím více tepla produkuje. Od 10 000 ot/min je nutné disk chladit pomocí pøídavného chladièe.

Prokládání (interleave)

Byla další metodou snižování doby èekání. Pøi èetní se pøeètou data z jednoho sektoru, musí se odeslat pøes øadiè a BIOS operaènímu systému, který je dále pøedá aplikaènímu programu. Ten informace zpracuje a požádá operaèní systém o nové údaje. Operaèní systém se obrátí na BIOS a øadiè, který zorganizuje naètení dalšího sektoru.

Mezitím se však disk pod hlavou pootoèí a ta již nestihne zaèátek následujícího sektoru. Musí tedy poèkat (témìø celou otáèku), až se pod ni sektor zase dostane. Takové èekání mùže disk znaènì zpomalit. Proto bylo zavedeno , které ukládá data pøes sektory. Tabulka ukazuje prokládání 1:2, pøi zápisu se data uloží do logických sektorù - následující údaje budou zapsány s vynecháním jednoho sektoru. Bìhem zpìtného èetní dat bude dostatek èasu na zpracování pøeètených údajù. Hodnota prokládání se postupnì snižovala od pùvodních 1:6 až a dnešní 1:1 (tj. fyzický a logický sektor jsou stejné).

- Nakupujte HW a SW výhodnì na